《新能源汽车电池及管理系统检修》 课件 项目一.动力电池的认知

机械工业出版社《新能源汽车电池及管理系统检修》项目一

动力电池的认知目录01.动力电池的发展趋势认知02.电池的分类及工作原理认知03.动力电池的性能指标检测项目一学习目标素质目标：着力培养遵规守纪、爱岗敬业的职业精神，树立牢固的团队协作意识与精益求精的工匠精神，筑牢职业发展的思想根基。知识目标：系统掌握动力电池的发展历程、核心工作原理，熟悉动力电池的能量密度、循环寿命、充放电倍率等各项关键性能指标的内涵与意义。能力目标：能够清晰梳理动力电池技术的发展脉络，准确解释其电化学工作原理，并具备根据电池监控图表分析电池健康状态、性能变化及故障隐患的实践能力。任务1动力电池的发展趋势认知01任务引入：技术驱动变革图：小米SU7Max发布会现场，其搭载的先进动力电池技术成为全场焦点，直观展现了新能源汽车的科技魅力。800km+超长续航里程碑动力电池：新能源汽车的“心脏”变革近年来，新能源汽车已跃升为绿色出行的主流选择，而动力电池作为核心技术壁垒，其发展直接决定了车辆的性能上限。2024年3月发布的小米SU7Max，凭借前沿的电池管理与电芯技术实现了800km的超长续航，不仅刷新了市场对纯电车型的认知，更引发了全行业对动力电池技术迭代的深度探讨与广泛关注。核心洞察：从材料创新到系统集成，动力电池技术的飞跃是行业发展的核心驱动力。新知讲解：动力电池发展史01.技术起源：电池时代的开端(1799年)伏特发明“伏特电堆”，首次实现了化学能向电能的持续转化，标志着电池技术的正式诞生，为后续电化学储能研究奠定了核心理论与实践基础。02.实用起步：可充电电池的突破(1859年)普兰特发明可充电铅酸电池，解决了早期电池“一次性使用”的痛点，开启了电池商业化应用的新篇章，成为汽车、工业储能等领域的初代动力选择。03.现代基石：锂离子电池的革新(1985年)吉野彰研发出首款商用锂离子电池，凭借高能量密度、长循环寿命的优势，彻底重塑了电池产业格局，成为现代消费电子与新能源汽车的核心动力源。04.中国崛起：全球市场的主导力量历经萌芽积累、产业涌现、战略确立、技术深化四大阶段，中国构建了从材料研发到电池制造的完整产业链，在产能规模、技术创新上实现“从跟跑到领跑”，稳居全球动力电池市场主导地位。新知讲解：最新技术前沿01.宁德时代·凝聚态电池：开启电动航空新纪元单体能量密度突破500Wh/kg，是目前化学体系电池的性能天花板。该技术完美平衡了高比能与极致安全性，已成功应用于载人电动飞机领域，为新能源交通的立体发展提供了核心动力支撑。02.比亚迪·刀片电池：结构创新重塑安全标准采用超级磷酸铁锂技术，通过颠覆性的刀片式结构设计，将体积利用率提升超50%。在针刺测试中表现出极高的热稳定性，重新定义了动力电池的安全底线，广泛应用于全系列新能源车型。03.宝马·第六代动力电池：2026年量产布局计划于2026年正式投产，全面优化电芯化学体系与封装工艺。实现能量密度、续航里程与充电速度的三重跃升，同时大幅降低碳排放，为未来豪华电动出行构建更高效的能源解决方案。任务实施:车辆识别代码认知车辆识别代码的常见位置及含义图示1.车辆识别代码（VIN码）通常位于以下常见位置：仪表板左侧（透过挡风玻璃可见）、车辆前挡风玻璃左下角、驾驶座车门铰链柱或门锁柱、车辆铭牌（通常位于车门边缘或后备箱）、发动机舱内的铭牌或支架、车辆前保险杠或车架纵梁侧面。这些位置便于车主、维修人员或相关部门快速识别车辆信息，确保车辆合法性和可追溯性。

2.车辆识别代码由三部分组成，第一部分，第1~3位字码，是世界制造厂识别代码（WMI）；第二部分，第4~第9位字码，车辆说明部分（VDS）；第三部分，第10~第17位字码，车辆指示部分（VIS）。

世界制造厂识别代号（WMI）：用以标识车辆的制造厂。第1位︰地理区域（产地）；第2位︰汽车制造商代码（品牌）；第3位︰汽车类型代码（车型）。例如，LFW-中国第一汽车集团公司，WDB-德国宝马，5YJ-美国特斯拉等。

4.车辆说明部分（VDS）：用以说明车辆的一般特征信息，包括但不限于车辆类型、车辆结构特征、车辆装置特征以及车辆技术特性参数。其中的第9位为校验位，只能是数字或字母X，用以检验VIN码誊写的准确性。

5.车辆指示部分（VIS）：车辆制造厂为区别不同车辆而指定的一组代码。第10位︰生产年份；第11位︰装配厂信息；第12-17位︰汽车生产顺序号。应当注意，对年产量小于1000辆的完整车辆和非完整车辆制造厂，VIN码的第十二、十三、十四位与第三位字码一起构成世界制造厂识别代号，其余五位为车辆指示部分。任务实施:车辆铭牌认知车辆铭牌的常见位置及含义图示1.车辆铭牌的位置通常为了便于车主和检查人员查看而设置在车辆前部显眼处，具体位置可能因车型而异，但常见于以下位置：在多数车辆中，铭牌可能嵌入在发动机舱内壁靠近驾驶室的一侧，或固定在副驾驶车门下部的B柱区域；部分车型将其置于前挡风玻璃下方或保险杠附近；客车类车辆则多安装在前乘客门上方。

2.车辆铭牌通常包含厂牌、车辆识别代码、总质量、载质量或载客人数、制造国别、出厂编号、出厂日期及厂名等信息。对于燃油汽车来说，铭牌还可能包含特定的发动机信息，如发动机型号、排量、最大净功率等。对于纯电汽车来说，铭牌则需包含特定的电池和电机的相关信息，如电池系统额定电压/容量、驱动电机型号及峰值功率等。

任务实施总结评价任务2电池的分类及工作原理认知02任务引入：长安深蓝，作为中国新能源汽车领域的先驱者之一，矗立于行业之巅，以全产业链的宏伟布局，集整车制造、尖端研发、精密生产、匠心加工与全球销售于一体，塑造了一个引领未来的绿色出行品牌。SL03，作为长安深蓝匠心独运的首款战略杰作，不仅承载着品牌对于未来出行的深刻洞察，更在动力源泉上展现了非凡智慧。新知讲解：动力电池的分类动力电池家族主要分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。其中化学电池是车用领域的绝对主流，尤其是可充电的二次电池，占据了市场的绝大部分份额。01.铅酸电池：技术基石作为发展最成熟的电池技术，铅酸电池具备成本低廉、可靠性高的特点，广泛应用于传统燃油车启动电瓶、低速电动车等场景，是动力电池发展的重要基石。02.镍氢电池：混动先锋拥有优异的环保性与安全性，记忆效应低且耐过充放，是丰田等车企混合动力汽车（HEV）的核心动力源，填补了传统燃油与纯电之间的技术过渡空白。03.锂离子电池：纯电主流凭借极高的能量密度、长循环寿命和轻量化优势，锂离子电池成为当前纯电动汽车（EV）的绝对首选，技术迭代快，是新能源汽车普及的核心驱动力。新知讲解：动力电池的分类01.太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。具有环保、可再生特点，并具备无污染排放、低维护成本和长期稳定供电的优势。02.超级电容电池是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型环保储能装置03.飞轮电池飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能1）极板：正极板和负极板是电池的核心部分。它们分别由纯铅制成，并涂有活性物质。正极板上的活性物质主要是褐色的二氧化铅，而负极板上的活性物质则是深灰色的海绵状纯铅。为了增大蓄电池的容量，通常将多片正、负极板组装成极板组，安装在单体电池内。负极板的数量通常比正极板多一片，以确保每片正极板都处于两片负极板之间，使放电更加均匀2）电解液：硫酸溶解在水中形成的溶液，负责传递离子，维持电荷平衡。3）隔板：隔板用于将正极板和负极板隔开，防止它们直接接触而发生短路。隔板通常由带微孔的橡胶、塑料、玻璃、纤维等绝缘材料制成，这些材料不仅具有足够的孔率以保证电解液的通过，还能阻缓活性物质的脱落，并防止正极板因振动而损伤。4）外壳：通常由塑料或金属制成，起到保护电池内部结构和固定电池的作用。铅酸电池还包括加液孔盖、联条等部件。加液孔盖用于添加电解液和测量电解液密度，联条则用于将不同单体电池串联起来形成电池组。新知讲解：铅酸电池铅酸电池的电极主要由铅及其氧化物制成，电解液为硫酸溶液。新知讲解：铅酸电池铅酸电池的工作原理基于电化学反应。工作过程的总体反应方程式如下：2PbSO4+2H2O→Pb+PbO2+2H2SO4。正极：PbO2+2e-+SO42-+4H+→PbSO4+2H2O负极：Pb-2e-+SO42-→PbSO4正极：PbSO4-2e-+2H2O→PbO2+4H++SO42-负极：PbSO4+2e-→Pb+SO42-新知讲解：镍氢电池方形镍氢蓄电池圆形镍氢蓄电池镍氢电池主要由以下几个关键部件组成：1）极板：正极的活性物质主要由镍制成，常见的材料包括氢氧化镍（Ni(OH)₂）。正极还包含导电剂和集流体，用于收集和传输电子。负极的活性物质主要由贮氢合金制成，这种合金能够可逆地吸收和释放氢气。负极同样包含导电剂和集流体。2）电解液：电解液是氢氧化钾（KOH）水溶液，它提供了电池内部离子传导的环境。3）隔膜：隔膜位于正负极之间，用于隔离正负极以防止短路，并允许离子通过以完成电化学反应。4）壳体：壳体通常由金属或塑料制成，用于保护和固定电池的内部结构。新知讲解：镍氢电池镍氢电池的工作原理基于电极上材料的氧化还原反应。镍氢电池的工作过程如图1-2-11所示，工作过程的反应总方程式为：NiOOH+MH→Ni(OH)2+M镍氢电池的工作原理新知讲解：锂离子电池锂离子电池的主要由以下几个关键部分组成：1）正极：正极是锂离子电池的“能量仓库”，主要由活性物质、导电剂和粘结剂组成。活性物质是正极材料的关键，常见的正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、镍酸锂（LiNiO2）以及三元材料（如NMC、NCA等）。2）负极：负极是锂离子电池的“能量接收器”，主要由活性物质、导电剂和粘结剂组成。3）电解液：电解液是锂离子电池中的“离子通道”，主要由锂盐（如六氟磷酸锂LiPF6）和有机溶剂（如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等）组成。4）隔膜：隔膜位于正负极之间，用于隔离正负极以防止短路，并允许锂离子通过。5）电池外壳：电池外壳是锂离子电池的外部保护结构新知讲解：锂离子电池锂离子电池的核心本质，是锂离子在正负极材料之间通过电解液进行高效、可逆的嵌入与脱出过程，如同一个持续循环的“离子泵”，实现化学能与电能的相互转化。01.充电过程：离子的“搬家储存”外接电源提供能量，迫使锂离子从正极材料中脱出，穿过隔膜与电解液，向负极移动并嵌入负极的石墨层中“储存”起来。此时电池内部完成化学能的积累。图示为锂离子电池的内部结构，由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成。隔膜允许锂离子通过但阻隔电子，保障充放电的有序进行。02.放电过程：能量的“释放驱动”当电池连接外部负载时，嵌入负极的锂离子自发脱出，经电解液返回正极。这一过程伴随着电子的定向移动，形成电流释放电能，从而驱动车辆电机运转。图示展示了充放电时锂离子的迁移方向。正是这种可逆的穿梭运动，实现了电池的反复使用，成为目前电动汽车最理想的动力能源形式。任务实施:水果电池模型制作操作步骤图示1.材料准备：柠檬2个，铜片4片，锌片4片，导线5条，发光二极管1个。

2.将柠檬洗干净并擦干后，平均分成四等份。

3.在导线的两端分别连接上铜片和锌片

4.插入金属片，用导线把柠檬连接起来，需要注意铜片和锌片要分开插在单片柠檬中，确保它们不接触。

5.连接电路，将带有夹子一端的2根导线分别连接到发光二极管的两端。任务实施总结评价任务3动力电池的性能指标检测03任务引入：对于许多考虑购买电动汽车的消费者来说，最关心的问题莫过于车辆的续航里程、充电速度以及电池的安全性。这些问题实际上都指向了动力电池的核心性能指标。那么，如何理解并评估这些指标？新知讲解：核心性能指标01.电压(V)——电池的“驱动力”电压是电池输出电能的动力源泉，决定了电池系统的驱动能力，是电池性能的基础参数之一。各电池电压新知讲解：核心性能指标02.容量(Ah)——电量的“蓄水池”容量代表电池能够存储的总电荷量，直接决定了电池在一定放电电流下的持续供电时间，是衡量储电能力的关键。03.内阻(Wh)内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻是由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，极化内阻包括电化学极化与浓差极化引起的电阻。04.放电电流指放电电流指电池放电过程中，单位时间内通过电池横截面的电荷量。电池的化学组成、内阻、温度以及外部电路的负载都会影响放电电流的大小。05.能量(Wh)——续航的“决定者”计算公式为“电压×容量”，反映电池实际可输出的电能总量，与新能源车辆的续航里程呈正相关关系。06.能量密度(Wh/kg)——技术的“核心尺”指单位重量电池所存储的能量，是衡量电池技术水平的核心指标，数值越高，电池越轻量化，车辆能效更优。新知讲解：核心性能指标01.功率”功率指在一定的放电制度下，电池在单位时间内所输出的能量。电池的功率决定电动汽车的加速性能和最高转速等。02.自放电率电池在储存过程中，容量会逐渐下降，其减少的容量与电池容量的比例，称为自放电率。电池自放电将直接降低电池的容量，自放电率直接影响电池的储存性能，自放电率越低，贮存性能越好。环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电。03.使用寿命电池使用寿命分为时间使用寿命和循环使用寿命两种。时间使用寿命指从电池制成开始，包括储存期和使用期在内的时间期限。循环使用寿命是电池容量降到某一规定值前，电池经历的充放电循环次数。04.放电速率一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来表示。时率：电池以某种电流放电直到电池的电压降低到终止电压时，所经过的放电时间。倍率：是指在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。。05.SOC(荷电状态)——剩余的“电量条”即电池的剩余电量百分比，直观反映当前电池可使用的电能占总容量的比例，是用户判断续航的直接依据。新知讲解：核心性能指标01.SOP（功率状态）SOP是电池功率状态，通常用短时峰值功率值来表示。电池输出输入的峰值功率直接影响车辆的快速启动、加速和紧急制动能力，进而关系到整车运行的安全性和可靠性。。02.SOH（健康状况）SOH表示电池的健康状况，用于评估电池的性能和可靠性。它反映了电池随着时间和使用次数的增加而发生的老化和退化。SOH的值通常通过比较电池当前性能与新电池的性能来计算，也可以通过电池的内阻、容量、自放电率等参数来评估05.DOD（放电深度）DOD是用来衡量电池放电量与电池额定容量之间的百分比。同一电池，设置的DOD深度和电池循环寿命成反比，放电深度越深，电池循环寿命越短。因此，平衡电池所需的运行时间和延长电池循环寿命十分重要。。任务实施:绝缘检测仪的使用操作步骤图示1.测试前准备：（1）按ON/OFF一秒开机，开机时预设为测试电压为100V绝缘电阻连续测量档。（2）当液晶屏左侧电池标记显示剩一格时，说明电池几乎耗尽需要更换电池，测量准确性不会受到影响。但当电池标记为空格时，说明电池电量已经到最低极限，因此不能保证其准确性。电池标志与电池电压的关系见表：

2.电压测量：按DCV/ACV键设置到直流电压测量档，再按可设置到交流电压测量档，如此循环设置（1）将红测试线插入“V”输入端口，黑测试线插入“COM”输入端口。（2）将红、黑鳄鱼夹接入被测电路，当测量直流电压时，若红测试线为负电压，则“-”负极标志显示在液晶屏上任务实施:绝缘检测仪的使用3.绝缘电阻测量：（1）在测量绝缘电阻前，待测电路必须完全放电，并且与电源电路完全隔离。（2）将红测试线插入“LINE”输入端口，黑测试线插入“EARTH”输入端口。（3）将红、黑鳄鱼夹接入被测电路，正极电压是从LINE端输出的。（4）连续测量：按TIME键选择连续测量模式，在液晶屏上无定时器标志显示，此后按住TEST键1秒能够进行连续测量，输出绝缘电阻测试电压，测试红灯发亮，在液晶屏上高压提示符0.5s闪烁。在测试完以后，压下TEST键，关闭绝缘电阻测试电压，测试红灯灭且无高压提示符，在液晶屏上保持当前测量的绝缘电阻值（5）定时器测量：按TIME键选择定时器测量模式，在液晶屏显示“TIME1”和定时器标志符号，用“◀”、“▶”和STEP键设置时间（00：05～29：30），此后压下TEST键2秒能够进行定时器测量，在液晶屏上TIME1标志0.5s闪烁。当设定的时间到时自动结束测量，关闭绝缘电阻测试电压，并且在液晶屏上显示绝缘电阻值。（6）极化指数测量：按TIME键，在液晶屏显示“TIME1”和定时器标志符号，用“◀”、“▶”和STEP键设置TIME1时间（00:05～29：30），在设置完TIME1以后，再按TIME键，在显示屏显示